Jak więc widać, kierunek migracji różni się od większości wędrownych europejskich ptaków, które zimą przebywają w Afryce lub na Półwyspie Arabskim.
W Polsce to nieliczny lub bardzo nieliczny, we wschodniej części kraju lokalnie średnio liczny ptak lęgowy. Według szacunków Monitoringu Pospolitych Ptaków Lęgowych (MPPL), w latach 2013–2018 liczebność populacji lęgowej muchołówki małej na terenie kraju wynosiła 16 000 – 32 000 par. Najliczniej występuje na Pomorzu, Mazurach, Podlasiu i woj. podkarpackim. Stanowiska odnotowano też w północnej Wielkopolsce i na Mazowszu w okolicach Warszawy, Wyszkowa i Siemiatycz, na Wyżynie Łódzkiej, Górach Świętokrzyskim i lokalnie na Lubelszczyźnie – Lasy Parczewskie, Lasy Sobiborskie, Lasy Strzeleckie. Widywana w łuku Karpat, na Roztoczu, w Beskidzie Żywieckim, Makowskim, Śląskim, Małym i Wyspowym. Zagęszczenie w buczynach Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej wynosi 0,5–0,9 par na 10 hektarów, na Ziemi Przemyskiej 0,7–1,3 par, na Podlasiu 0,7–1,2 par, Roztoczu 1,5–2,5 par i w Puszczy Bukowej 1,0–1,8 par lęgowych. W górach jego areały sięgają regla górnego do 1100 m n.p.m. Na zachodzie Polski rzadko spotykany ptak – pojedyncze osobniki w Lubuskiem (w latach 80. 5 stanowisk), większości Wielkopolski (150–170 par) i na Śląsku. W kraju przebywa od maja do września, czasem października.